Оперативное управление в энергосистемах. В 4 ч. Ч. 4. Предупреждение и ликвидация аварийных режимов

петчеру. При подтверждении диспетчером своего распоряжения оперативный работник обязан его выполнить.

Запрещается выполнять распоряжения вышестоящего оперативного персонала, которые могут угрожать жизни людей, сохранности оборудования, привести к потере питания собственных нужд электростанции, подстанции или погашениям особо ответственных потребителей.

О своем отказе выполнять неправильное распоряжение дежурный персонал обязан сообщать диспетчеру, отдавшему такое распоряжение, и главному инженеру предприятия.

Все оперативные переговоры и распоряжения на уровне энергосистемы, электрических сетей и электростанций во время ликвидации аварии должны записываться на магнитофон, что позволяет в последующем оценить правильность действий оперативного персонала разного уровня.

При возникновении аварийной ситуации дежурный диспетчер, независимо от присутствия на диспетчерском пункте (центре) лиц высшей технической администрации, несет полную ответственность за ликвидацию аварии, единолично принимая решения и осуществляя мероприятия по восстановлению нормального режима. При этом распоряжения указанных лиц, не соответствующие намеченному диспетчером пути ликвидации аварии, являются для него только рекомендациями, которые он имеет право не выполнять, если считает их неправильными.

Однако находящееся на диспетчерском пункте лицо высшей технической администрации имеет право взять руководство ликвидацией аварии на себя или поручить его другому лицу, если считает действия диспетчера неправильными или последний не согласен с его указаниями. Передача руководства ликвидацией аварии оформляется в оперативном или другом журнале, заменяющем оперативный журнал.

С этого момента диспетчер безоговорочно выполняет все распоряжения и указания лица, принявшего на себя руководство ликвидацией аварии. Диспетчер, отстраненный от руководства ликвидацией аварии, может оставаться на своем рабочем месте, вести с подчиненным персоналом все оперативные переговоры и отдавать распоряжения, подтвержденные лицом, руководящим ликвидацией аварии.

19

Лицо, заменившее дежурного диспетчера, независимо от должности принимает на себя все его обязанности, всецело подчиняясь вышестоящему оперативному персоналу.

Распределение функций между оперативным персоналом различных уровней определяется инструкциями по ликвидации аварий, в которых используются следующие положения:

нижестоящему оперативному персоналу может быть предоставлено право самостоятельно производить все операции по ликвидации аварий и предупреждению их развития, если такие операции не требуют координации действий оперативного персонала объектов между собой и не вызывают развития аварий или задержку их ликвидации;

нижестоящий оперативный персонал во время ликвидации аварии в энергосистеме (объединенной энергосистеме – ОЭС) обязан поддерживать связь с диспетчером ОДУ (ЦДУ), энергосистемы в зависимости от характера подчинения и принадлежности оборудования, информировать его о положении дел в энергосистеме, предприятии (районе) электрических сетей, на электростанции (подстанции), своевременно представлять необходимую информацию и строго выполнять распоряжения вышестоящего диспетчера;

диспетчеру ОДУ (ЦДУ), энергосистемы предоставляется право вмешиваться (получать необходимую информацию, приостанавливать, изменять) в ход ликвидации аварии на оборудовании, не находящемся в его оперативном управлении или ведении, если это вызывается необходимостью.

Нижестоящий оперативный персонал должен поставить в известность вышестоящий оперативный персонал о следующих нарушениях режима на своем объекте в соответствии с принадлежностью оборудования: об автоматических отключениях, включениях, исчезновении напряжения, перегрузках и резких изменениях режима работы транзитных линий электропередачи и трансформаторов, по которым осуществляется связь электросетей различных напряжений, о возникновении несимметричных режимов на генераторах, линиях электропередачи, трансформаторах, снижении напряжения в контрольных точках, недопустимом повышении напряжения на оборудовании, перегрузке генераторов, синхронных компенсаторов, работе устройств автоматического регулирования возбуждения, автоматической частотной разгрузки, возникновении качаний, внеш-

20

них признаках короткого замыкания как на электростанции (подстанции), так и вблизи ее, о работе защит на отключение и на сигнал, о работе устройств автоматического повторного включения, частотного автоматического повторного включения, автоматического включения резерва, режимной автоматики, об уровне частоты электрического тока, о причинах отключения оборудования.

Местному оперативному персоналу электростанций и предприятий электрических сетей предоставляется право и вменяется в обязанность производить ряд самостоятельных действий по ликвидации аварий. Под самостоятельными действиями понимаются такие оперативные действия с оборудованием, которые выполняются персоналом в соответствии с требованиями инструкций на основе анализа поступившей информации и без предварительного получения распоряжения или разрешения диспетчера. Действительно, в случае угрозы для жизни людей или стихийных бедствий нет необходимости тратить время на установление связи и переговоры с диспетчером – нужно действовать в зависимости от обстоятельств, проявляя при этом максимум инициативы и находчивости. Однако следует помнить, что сообщения вышестоящему диспетчеру о выполненных действиях и операциях должны передаваться при первой же возможности.

Самостоятельные действия оперативного персонала подразделяются на две категории:

независимо от наличия или потери связи с соответствующим диспетчером;

только при отсутствии связи с соответствующим диспетчером. Под отсутствием связи понимается не только нарушение всех видов связи, но и невозможность связаться с вышестоящим оперативным персоналом длительное время из-за плохой слышимости и

перебоев в работе связи.

Диапазон самостоятельных действий персонала не безграничен, он установлен инструкциями, где указаны те действия, которые при ликвидации аварий персоналу разрешается выполнять самостоятельно.

Диспетчер энергосистемы, электрических сетей при ликвидации аварии координирует действия непосредственно подчиненного ему персонала и отдает распоряжения о производстве операций, требующих согласованных действий подчиненного оперативного персонала двух или более объектов, на оборудовании, находящемся в его оперативном управлении или ведении.

21

Приемка и сдача смены во время ликвидации аварии запрещается. Пришедший на смену диспетчер используется по усмотрению диспетчера, руководящего ликвидацией аварии. При затянувшейся ликвидации аварии в зависимости от ее характера допускается сдача смены по разрешению должностного лица высшей технической администрации (главного инженера, начальника диспетчерской службы).

4.4. ПЕРЕГРУЗКА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Перетоки мощности и токовые нагрузки по линиям электропередачи не должны превышать максимальных и аварийно-допустимых значений. Перегрузки линий электропередачи в условиях эксплуатации неизбежны и возникают, в основном, в результате:

-изменения схемы сети (отключения линий или трансформаторов);

-аварийного снижения генерирующей мощности в приемной части энергосистемы;

-аварийного снижения электропотребления в избыточной части энергосистемы;

-разделения энергосистемы на части.

Перегрузка линий электропередачи может быть опасна по условиям:

-нарушения статической устойчивости;

-превышения допустимой температуры нагрева провода (токовая перегрузка линии);

-токовой перегрузки выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и другого оборудования, входящего в состав электропередачи.

Вопросы обеспечения устойчивости энергосистемы подробно будут рассмотрены в другом разделе. Здесь более детально изучим токовую перегрузку линии.

Известно, что под влиянием протекания тока по проводам происходят следующие явления:

-изменяются механические характеристики материала провода и его способность нести механическую нагрузку;

-происходит удлинение провода, вследствие чего он провисает, увеличивается стрела провеса, уменьшаются его габариты до земли

инаходящихся на ней предметов;

-происходит нагрев соединительных зажимов проводов, что приводит к снижению их прочности;

22

- изменяются температура и сопротивление провода и, как следствие этого, изменяется количество тепла, выделяемого проводом в окружающую среду.

Для аналитического исследования нагрева проводов можно использовать известное уравнение теплового баланса проводника:

где r0 – удельное сопротивление провода переменному току при

Θ= 0оС, Ом/м;

Θ- температура провода, оС;

ΘВ – температура окружающей среды, оС; ℓ - длина провода, м;

αс – температурный коэффициент сопротивления, 1/оС; F – поверхность охлаждения проводника, см2;

kт – коэффициент теплоотдачи, Вт/(см2×оС);

I – величина тока, протекающего по проводнику, А. Коэффициент теплоотдачи определяет условия теплообмена ме-

жду поверхностью провода и средой и представляет собой количество теплоты, отдаваемой единицей поверхности при разности в один градус температур между поверхностью провода и средой. Таким образом, он характеризует интенсивность теплоотдачи и зависит от среды, скорости движения воздуха, состояния его поверхности, величины перегрева и т.д. В практических расчетах обычно учитываются отдельные виды теплопередачи и коэффициент теплоотдачи определяют по формуле [33]

где kл – коэффициент, учитывающий теплоотдачу лучеиспусканием с помощью электромагнитных волн при наличии разности температур, Вт/(см2×оС);

kк - коэффициент, учитывающий теплоотдачу конвекцией с помощью частиц окружающей среды, уносящих некоторое количество тепла с проводов, Вт/(см2×оС).

Коэффициент лучеиспускания определяется, как правило, по формуле Стефана-Больцмана:

23

где T, ТВ – температура провода и воздуха, оК;

ε- степень черноты провода.

Сдостаточной точностью для практических расчетов нагрева

провода при Θ > ΘВ формулу Стефана-Больцмана можно представить зависимостью [34]

Величина степени черноты провода зависит от состояния поверхности провода и в расчетах принимается различной. Для окисленного алюминия в общих расчетах можно рекомендовать ε = 0,25.

Для расчета коэффициента теплоотдачи конвекцией существует много формул, приведенных, например, в [35]. В общем виде коэффициент теплоотдачи конвекцией можно представить аналитической зависимостью

где v – скорость ветра, м/с; d – диаметр провода, мм;

Ф, β - постоянные коэффициенты.

Проведенные исследования на экспериментальной воздушной линии электропередачи в Белорусской энергосистеме показали, что Ф = 10,2 × 10-3 и β = 0,5 [34].

Подставляя (4.4) и (.4.5) в (4.1) и решая полученное уравнение относительно Θ, получим выражение для расчета температуры провода:

24

По известным параметрам окружающей среды (температуре и скорости ветра), марке провода (расчетному диаметру) и допустимой температуре провода (ΘД) допустимая токовая нагрузка линии находится из уравнения [34]

В настоящее время допустимая токовая нагрузка определяется исходя из допустимой температуры нагрева провода 70оС при температуре окружающего воздуха 25оС и скорости ветра 0,6 м/с. Такая допустимая температура принята исходя и условий работы контактных соединений [36, 37].

Полученные таким образом данные используются во всех странах СНГ вне зависимости от реального сочетания температуры воздуха и скорости ветра.

Однако многочисленные исследования и опытные данные показывают, что по условиям механической прочности и сохранения работоспособности контактных соединений в качестве допустимой температуры для медных проводов можно принять 90оС, а для сталеалюминиевых 100оС [37]. В [38] рекомендуется при работе провода в течение суток считать допустимую температуру 100 - 125оС. Как показывает практика эксплуатации энергосистем, такое повышение температуры нагрева провода в аварийных режимах следует считать допустимым при условии сохранения заданного габарита провода.

На рис. 4.7 в качестве примера приведены графические зависимости допустимых токовых нагрузок по условиям нагрева трех марок проводов в аварийных условиях при различной температуре и средней скорости ветра окружающего воздуха.

Следует отметить, что в формуле (4.1) и последующих выкладках в явном виде не учитывается поглощение солнечного тепла проводом. Это вызвано тем, что величина нагрева провода солнечной радиацией является весьма сложной функцией физических и геометрических параметров и ее влияние в неявном виде учитывается в коэффициенте теплоотдачи. При расчете зимних допустимых тепловых нагрузок солнечную радиацию вообще учитывать не следует. Это связано с тем, что зимой максимальная радиация в 5 раз меньше летней, а в момент прохождения зимнего максимума нагрузок практически равна нулю.

25

Аварийная перегрузка воздушных линий допускается на время. необходимое для пуска резервных агрегатов, ввода резерва, восстановления поврежденных линий и оборудования станций и подстанций, но не более одних суток. Если же нагрузка линии выше максимально допустимой на 10 – 15%, то диспетчер обязан разгрузить транзитную линию в течение 3 – 5 минут. На наш взгляд, такое допустимое время перегрузки не очень обосновано и реально не выполнимо. А если возникла перегрузка более 15% от допустимой, то каково в этой ситуации время устранения перегрузки? В нормативных документах, инструкциях ответа на этот вопрос нет. Вместе с тем теоретически, а при проведении соответствующих исследований и практически, по условию предельной температуры нагрева провода возможны кратковременные перегрузки выше значений, полученных по формуле (4.7) или аналогичным ей с учетом изменения процесса нагрева во времени.

Уравнение процесса изменения температуры от времени примем в следующем виде:

где Θн – начальная температура провода; Θн – конечная установившаяся температура провода; Тп - постоянная времени нагрева, с.

Значение Tп = СG , kT F

где С – удельная теплоемкость провода, Вт с/оС .кг; G – вес провода, кг.

Подставляя в (4.8) Θ = Θд – допустимую величину температуры провода; Θн – значение температуры провода в доаварийном режиме; Θк – установившееся значение температуры провода в аварийном режиме без устранения перегрузки, получим допустимое время перегрузки:

27

На рис. 4.8 в качестве примера, показаны зависимости допустимого времени перегрузки воздушной линии электропередачи от кратности токовой нагрузки линии в аварийных режимах. Зависимости построены при величине доаварийного тока, равного допустимому по ПУЭ в нормальных режимах, кратности перегрузки kп = I/Iд.

Рис. 4.8. Диаграмма перегрузочной способности проводов при

Θв = 30оС, v = 0,5 м/с, Θд = 120оС: 1 – АС-400; 2 – АС-120; 3 – АС-35

28